VISSIM在交叉口交通设计与运行分析中的应用
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VISSIM 软件的仿真结果与实测值误差不大. 2) VISSIM 软件对 延误的仿真值较由 其它
三种方法计算出的结果更接近实测值. 3) 现有交叉口排队长度及延误均较大, 尤
以工农大路进口及南湖大路西进口为甚. 这导致 该交叉口通行能力降低, 造成拥堵, 从而影响路段 通行能力的正常发挥. 究其原因, 一是有关路段进 口窄, 车道数少, 二是交叉口左转车流比例过大.
交叉口是城市道路系统的重要组成部分, 也 是城市路网中最常见、最普遍、最直接的交通拥堵 发生源及交通事故多发地点, 它阻滞了交通的流 畅, 降低了道路的通行能力. 因此, 对交叉口的交 通运行状况进行分析, 找出交叉口拥挤堵塞的原 因, 正确地设计交叉口, 并合理地组织交通, 以提 高交叉口的通行能力, 从而提高整个城市路网通 行能力, 这在城市交通的改建与治理中具有很重 要的意义. 文中应用 VISSIM 交通仿真软件研究 复杂交通条件下交叉口的交通设计和运行方案优 化问题.
16. 6
33. 1
40. 9
3. 8
29. 1
南湖大路西 10
18. 6 41. 9
18
工农大路 20 5. 4 26. 4 11. 3
由工农广场交叉口各进口实测的排队长度可 误的仿真值.
求出其平均排队长度, 再由队长公式便可得出工
该交叉口排队长度计算值与仿真值比较如表
农广场交叉口各进口排队长度的计算值[ 2] , 该值 3 所列. 将 V ISSIM 软件仿真得出的延误值与由
饱和 度
0. 864 0. 96 0. 87 1. 3 1. 5
表 2 工农广场信号交叉口各进口车流转向比例
进口名称
Hale Waihona Puke 人民大街南进口 人民大街北进口 南湖大路东进口 南湖大路西进口
工农大路进口
人民大街南
67. 8 15. 1 14. 7 49. 1
转向比例/ %
人民 大街北 南湖大路东
60
10
8. 2
收稿日期: 2003 12 03 罗美清: 女, 31 岁, 硕士, 主要研究领域为道路交通规划设计、控制及交通系统仿真
第 2 期
罗美清等: V ISSIM 在交叉口交通设计与运行分析中的应用
·23 3·
考虑了摩托车、自行车及行人等. 然而, 事情总是 一分为二的, 该软件交通模型的详细性及所模拟 的交通组成的多样性增加了计算机硬件资源的消 耗( 三维模拟时显得尤为突出) , 因而它对计算机 硬件有较高的要求. 但是, 随着网络技术、多处理 器技术及并行计算技术的发展, 这个缺点会越来 越微不足道.
罗美清等: V ISSIM 在交叉口交通设计与运行分析中的应用
·23 5·
表 6 排队长 度比较表
人民大街北进口 人民大街南进口 南湖大路东进口 南湖大路西进口 工农大路 进口
现 行 计算值
70. 29
59. 38
53. 78
183. 28
203. 18
排队 方 案 模拟值
73
50
49
2 00
21 2
V ISSIM 在交叉口交通设计与运行分析中的应用
罗美清1) 隽志才2)
( 武汉理工大学交通学院1) 武汉 430063) ( 吉林大学交通学院2) 长春 130025)
摘要: 阐述了 微观交通仿 真软件 V ISSIM 的 模型及理论 基础. 将该软件用 于长春市 工农广 场交叉 口交通 分析, 对其交通现 状进行仿 真模拟, 验证了 V ISSIM 软 件在实际 应用中的 有效性、精确 性, 改进并 优化了工 农广场交叉 口交通设 计方案. 通过在 实际交 叉口交 通运行 状况分 析中使 用 V ISSIM 这一微观交通 仿真软件, 提出了 在复杂交通 条件下确 定交叉口交 通组织方案 的新思路、新方 法. 实践表明, 该方法具有良好的操作性和实用性. 关键词: 交叉口; 仿真; 优化 中图法分类号: U 491
65 50. 38
57. 17 3. 1
43. 2 20. 0
57. 7 13. 14
58. 1 48. 13
67. 7 48. 32
交叉口
76. 68 81. 34 6. 08 129. 95 69. 47 55. 73 27. 32 55. 83 27. 19
分析表 3 及表 4 的数据, 可以得出以下结论. 1) 无论从延误值还是从排队长度上来看,
视驾驶员-车辆单元( driv er -v ehicle-unit s) 为一个 统一体, 它通过在交通网络上移动驾驶员-车辆单 元来仿 真交通流, 车 辆以由 用户定义 或从 V ISSIM 软件输入的数据而确定的方式移动. 经过交 通网络的每一个驾驶员的驾驶行为依附于特定的
车辆, 依赖于该车辆的技术性能, 驾驶员在多车道 上不仅受前车的影响, 而且还受相邻车道上行驶 车辆的影响, 其行为特性采用速度随机分布与车 间距临界值的随机分布来表示. 在模型中, 驾驶员 加速行为可视为速度、速度差、距离、驾驶员与车
总之, VISSIM 软件能较真实地重 现工农广 场现行交通运行情况. 这验证了 VISSIM 软件在 实际交叉口交通运行状况仿真模拟中的有效性、 详细性、精确性及实用性. 因此, 在实际应用中采 用 VISSIM 这一交通仿真软件进行交通仿真, 可 为城市或非城市交通路网的规划及规划方案的比 较、调整提供详细、科学的依据. 2. 2 用 VISSIM 软件进行交叉口交通运行的优
长度 优化方案一
49. 7
49. 1
47. 3
41
37. 5
/ m 优化方案二
64. 5
47. 5
48
51. 2
55
优化方案三
0
0
0
0
10. 5
由以上比较表可知, 各优化方案均使工农广 场交叉口的交通运行状况得到不同程度的改善. 方案一是以增加城市路网中其它节点的交通压力 为代价来减少该交叉口的交通压力的, 其效果不 甚理想. 方案二在不增加其它路网交通压力的情 况下使该交叉口交通运行状况得到极大的改善. 方案三从根本上改变该交叉口交通运行状况.
59
54
51
11 2
13 1
63. 5
57
59
116. 4
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7. 6
5. 6
15. 7
3. 9
3. 05
57 3. 39
47 12. 96
45. 9 10
23 2 107. 14
36 6 179. 39
57. 18 3. 08
44. 37 17. 83
60. 95 19. 51
55. 2 50. 71
化评价
针对工农广场交叉口现存的问题, 提出三个 可行的备选方案[ 5] .
方案一: 在工农大路口与南湖大路出口各增 设一条出口车道, 改进工农大路入口的交通管制
方案, 只允许车辆由工农大路转向人民大街南口, 对南湖大路西口进行类似处理, 禁止车辆由南湖 大路西口转向工农大路; 禁止车辆由人民大街南 口转向南湖大路西口; 将工农大路进口车流与人 民大街南北进口直行车流同时放行; 对信号配时 进行优化.
将以上三个优化方案用 VISSIM 仿真软件进 行仿真模拟便得出各优化方案的延误值及排队长 度. 各优化方案与现行方案延误值和排队长度的 比较分别如表 5, 6 所列.
现行 方案
实测值 模拟值
优化方案一
优化方案二
优化方案三
表 5 延误值比较表
人民大街 人民大街 南湖大路 南湖大路 工农大路 北进口 南进口 东进口 西进口 进口
辆个体特性等因素综合作用的结果. 一旦达到某 一临界值时, 驾驶员即从一种模式变换到另一种 模式, 该临界值是速度差和距离的综合表现.
Wiedemann 的跟 驰模型是迄今用于计 算机 交通仿真的最为精确的模型之一, 因此, 就这一点 来说, 基于这一理论基础而开发的微观交通仿真 软件 VISSIM 应能较真实地反映和重 现实际交 通状况, 具有广泛的实用价值, 该软件在国外的广 泛应用已证实了这一点. 诚然, 国内的交通组成不 同于国外, 国外是以小汽车为主, 而国内是以公共 交通为主, 但这并不影响该软件在国内的应用, 因 为 VISSIM 软件不但对公交车辆的组成及运行特 点作了特别详细的考虑, 而且还在交通流组成中
见表 3 所列.
《道路通行能力手册》公式[ 3] 、韦伯斯特公式、R ·
将以上采集和整理的数据及该交叉口实际信 阿可塞立科公式[ 4] 计算出的延误值以及通过人工
号配时方案输入 VISSIM 仿真软件对该交叉口交 观测实测的延误值进行比较, 其比较结果如表 4
通现状进行仿真便可得到该交叉口排队长度及延 所列.
表 3 工农广场交叉口排队长度计算值与仿真值对照
计算值/ m 仿真值/ m 误差/ %
人民大街北进口 70. 29 73 3. 85
人民大街南进口 59. 38 50 15. 79
南湖大路东进口 53. 78 49 8. 89
南湖大路西进口 183. 28 2 00 9. 12
工农大路进口 203. 18 2 12 4. 34
南湖大路西进口 0
工农大路进口
0
车型比例/ %
大型车 中型车 小型车
7
4. 1 88. 9
7. 4
6. 5 86. 1
5. 5
8. 1 86. 4
6. 4
8. 2 85. 4
4. 6
8. 3 87. 1
有 无 停车站
无 有 无 有 有
交通量 辆/ h 1 220 1 510 9 10 9 70 8 00
第 28 卷 第 2 期 2004 年 4 月
武 汉 理 工 大 学 学 报( 交与通工科程学版) Journal of Wuhan Universit y of T echnolo gy
( T r anspo rtat ion Science & Engineer ing )
V ol. 28 N o . 2 A pr. 2003
·234·
武汉理工大学学报( 交通科学与工程版)
2004 年 第 28 卷
实测值/ s 仿真结果
延误值/ s 误 差/ %
《道路通行能力手册》 延误值/ s
公式
误 差/ %
韦伯斯特公式
延误值/ s 误 差/ %
R·阿可塞立科公式
延误值/ s 误 差/ %
表 4 延误 值比较
人民大街 人民大街 南湖大路 南湖大路 工农大 路 北进口 南进口 东进口 西进口 进口
1 V ISSIM 仿真软件的交通模型理 论基础
VISSIM 的交通模型是一种微观交通流仿真 模型. 车辆的纵向运 动采用心理-物理跟驰模 型 ( psy cho-phy sical car-fo llow ing mo del ) , 横 向 运 动 ( 车道变换) 则采用基于规则( rule-based) 的算 法[ 1] . 由德国 Wiedemann 教授提出的心理-物理车 辆跟驰模型将跟驰状态通过 6 个阈值分为 4 个区 域, 驾驶员在 4 个区域中有不同的跟车特性. 模型
图 1 工农广场交叉口交通几何简图
在工农广场的交通调查中, 将车辆分类为大 型车、中型车及小型车. 工农广场各路口现有道路 交通条件如表 1 所列. 工农广场交叉口的车流转向比例如表 2 所 列.
表 1 工农广场各路口的道路交通条件
进口名称 坡度/ %
人民大街南进口 0
人民大街北进口 0
南湖大路东进口 0
以上的信号周期, 严重影响了路网的交通运行. 实 测的工农广场交叉口交通平面几何简图如图 1 所 示.
2 V ISSIM 软件在工农广场交叉口 交通运行分析中的应用
2. 1 用 VISSIM 软件仿真工农广场交通现状 长春市工农广场是一个 5 路交叉的平面交叉
口, 交通量较大. 整个交叉口, 尤其是高峰期间交 通运行混乱, 车流不畅. 工农大路、南湖大路西进 口的车辆在通过交叉口时需排队等候两个或两个
方案二: 禁止车辆由工农大路转向人民大街 北口; 对工农大路进口与南湖大路西进口进行拓 宽, 以增加进口车道数; 对人民大街南进口与南湖 大路东进口的车道进行重新渠化, 分别增加进口 车道数以达到进口拓宽的目的; 南湖大路西出口 增设一条出口车道; 对信号配时进行优化.
方案三: 着重于解决左转弯车辆的问题. 在工 农广场上修建一个中央环岛; 在环岛上沿人民大 街修建一座双向四车道高架桥. 交叉口车流的分 配方案为: 人民大街南北双向直行的主车流从桥 上直接通达出口, 其它各个方向的车流均绕环岛 行驶.
59
54
63. 5
57
51
11 2
13 1
59
116. 4
13 5
57. 1 61. 1
54. 9 57. 5
55. 7 49. 9
58 63. 4
63 61. 1
1. 8
7. 2
10. 4
12. 0
29. 0
s
交叉口 总延误
76. 68 81. 34 57. 77 58. 8 10. 3
第 2 期
三种方法计算出的结果更接近实测值. 3) 现有交叉口排队长度及延误均较大, 尤
以工农大路进口及南湖大路西进口为甚. 这导致 该交叉口通行能力降低, 造成拥堵, 从而影响路段 通行能力的正常发挥. 究其原因, 一是有关路段进 口窄, 车道数少, 二是交叉口左转车流比例过大.
交叉口是城市道路系统的重要组成部分, 也 是城市路网中最常见、最普遍、最直接的交通拥堵 发生源及交通事故多发地点, 它阻滞了交通的流 畅, 降低了道路的通行能力. 因此, 对交叉口的交 通运行状况进行分析, 找出交叉口拥挤堵塞的原 因, 正确地设计交叉口, 并合理地组织交通, 以提 高交叉口的通行能力, 从而提高整个城市路网通 行能力, 这在城市交通的改建与治理中具有很重 要的意义. 文中应用 VISSIM 交通仿真软件研究 复杂交通条件下交叉口的交通设计和运行方案优 化问题.
16. 6
33. 1
40. 9
3. 8
29. 1
南湖大路西 10
18. 6 41. 9
18
工农大路 20 5. 4 26. 4 11. 3
由工农广场交叉口各进口实测的排队长度可 误的仿真值.
求出其平均排队长度, 再由队长公式便可得出工
该交叉口排队长度计算值与仿真值比较如表
农广场交叉口各进口排队长度的计算值[ 2] , 该值 3 所列. 将 V ISSIM 软件仿真得出的延误值与由
饱和 度
0. 864 0. 96 0. 87 1. 3 1. 5
表 2 工农广场信号交叉口各进口车流转向比例
进口名称
Hale Waihona Puke 人民大街南进口 人民大街北进口 南湖大路东进口 南湖大路西进口
工农大路进口
人民大街南
67. 8 15. 1 14. 7 49. 1
转向比例/ %
人民 大街北 南湖大路东
60
10
8. 2
收稿日期: 2003 12 03 罗美清: 女, 31 岁, 硕士, 主要研究领域为道路交通规划设计、控制及交通系统仿真
第 2 期
罗美清等: V ISSIM 在交叉口交通设计与运行分析中的应用
·23 3·
考虑了摩托车、自行车及行人等. 然而, 事情总是 一分为二的, 该软件交通模型的详细性及所模拟 的交通组成的多样性增加了计算机硬件资源的消 耗( 三维模拟时显得尤为突出) , 因而它对计算机 硬件有较高的要求. 但是, 随着网络技术、多处理 器技术及并行计算技术的发展, 这个缺点会越来 越微不足道.
罗美清等: V ISSIM 在交叉口交通设计与运行分析中的应用
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表 6 排队长 度比较表
人民大街北进口 人民大街南进口 南湖大路东进口 南湖大路西进口 工农大路 进口
现 行 计算值
70. 29
59. 38
53. 78
183. 28
203. 18
排队 方 案 模拟值
73
50
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2 00
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V ISSIM 在交叉口交通设计与运行分析中的应用
罗美清1) 隽志才2)
( 武汉理工大学交通学院1) 武汉 430063) ( 吉林大学交通学院2) 长春 130025)
摘要: 阐述了 微观交通仿 真软件 V ISSIM 的 模型及理论 基础. 将该软件用 于长春市 工农广 场交叉 口交通 分析, 对其交通现 状进行仿 真模拟, 验证了 V ISSIM 软 件在实际 应用中的 有效性、精确 性, 改进并 优化了工 农广场交叉 口交通设 计方案. 通过在 实际交 叉口交 通运行 状况分 析中使 用 V ISSIM 这一微观交通 仿真软件, 提出了 在复杂交通 条件下确 定交叉口交 通组织方案 的新思路、新方 法. 实践表明, 该方法具有良好的操作性和实用性. 关键词: 交叉口; 仿真; 优化 中图法分类号: U 491
65 50. 38
57. 17 3. 1
43. 2 20. 0
57. 7 13. 14
58. 1 48. 13
67. 7 48. 32
交叉口
76. 68 81. 34 6. 08 129. 95 69. 47 55. 73 27. 32 55. 83 27. 19
分析表 3 及表 4 的数据, 可以得出以下结论. 1) 无论从延误值还是从排队长度上来看,
视驾驶员-车辆单元( driv er -v ehicle-unit s) 为一个 统一体, 它通过在交通网络上移动驾驶员-车辆单 元来仿 真交通流, 车 辆以由 用户定义 或从 V ISSIM 软件输入的数据而确定的方式移动. 经过交 通网络的每一个驾驶员的驾驶行为依附于特定的
车辆, 依赖于该车辆的技术性能, 驾驶员在多车道 上不仅受前车的影响, 而且还受相邻车道上行驶 车辆的影响, 其行为特性采用速度随机分布与车 间距临界值的随机分布来表示. 在模型中, 驾驶员 加速行为可视为速度、速度差、距离、驾驶员与车
总之, VISSIM 软件能较真实地重 现工农广 场现行交通运行情况. 这验证了 VISSIM 软件在 实际交叉口交通运行状况仿真模拟中的有效性、 详细性、精确性及实用性. 因此, 在实际应用中采 用 VISSIM 这一交通仿真软件进行交通仿真, 可 为城市或非城市交通路网的规划及规划方案的比 较、调整提供详细、科学的依据. 2. 2 用 VISSIM 软件进行交叉口交通运行的优
长度 优化方案一
49. 7
49. 1
47. 3
41
37. 5
/ m 优化方案二
64. 5
47. 5
48
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优化方案三
0
0
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由以上比较表可知, 各优化方案均使工农广 场交叉口的交通运行状况得到不同程度的改善. 方案一是以增加城市路网中其它节点的交通压力 为代价来减少该交叉口的交通压力的, 其效果不 甚理想. 方案二在不增加其它路网交通压力的情 况下使该交叉口交通运行状况得到极大的改善. 方案三从根本上改变该交叉口交通运行状况.
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63. 5
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3. 9
3. 05
57 3. 39
47 12. 96
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36 6 179. 39
57. 18 3. 08
44. 37 17. 83
60. 95 19. 51
55. 2 50. 71
化评价
针对工农广场交叉口现存的问题, 提出三个 可行的备选方案[ 5] .
方案一: 在工农大路口与南湖大路出口各增 设一条出口车道, 改进工农大路入口的交通管制
方案, 只允许车辆由工农大路转向人民大街南口, 对南湖大路西口进行类似处理, 禁止车辆由南湖 大路西口转向工农大路; 禁止车辆由人民大街南 口转向南湖大路西口; 将工农大路进口车流与人 民大街南北进口直行车流同时放行; 对信号配时 进行优化.
将以上三个优化方案用 VISSIM 仿真软件进 行仿真模拟便得出各优化方案的延误值及排队长 度. 各优化方案与现行方案延误值和排队长度的 比较分别如表 5, 6 所列.
现行 方案
实测值 模拟值
优化方案一
优化方案二
优化方案三
表 5 延误值比较表
人民大街 人民大街 南湖大路 南湖大路 工农大路 北进口 南进口 东进口 西进口 进口
辆个体特性等因素综合作用的结果. 一旦达到某 一临界值时, 驾驶员即从一种模式变换到另一种 模式, 该临界值是速度差和距离的综合表现.
Wiedemann 的跟 驰模型是迄今用于计 算机 交通仿真的最为精确的模型之一, 因此, 就这一点 来说, 基于这一理论基础而开发的微观交通仿真 软件 VISSIM 应能较真实地反映和重 现实际交 通状况, 具有广泛的实用价值, 该软件在国外的广 泛应用已证实了这一点. 诚然, 国内的交通组成不 同于国外, 国外是以小汽车为主, 而国内是以公共 交通为主, 但这并不影响该软件在国内的应用, 因 为 VISSIM 软件不但对公交车辆的组成及运行特 点作了特别详细的考虑, 而且还在交通流组成中
见表 3 所列.
《道路通行能力手册》公式[ 3] 、韦伯斯特公式、R ·
将以上采集和整理的数据及该交叉口实际信 阿可塞立科公式[ 4] 计算出的延误值以及通过人工
号配时方案输入 VISSIM 仿真软件对该交叉口交 观测实测的延误值进行比较, 其比较结果如表 4
通现状进行仿真便可得到该交叉口排队长度及延 所列.
表 3 工农广场交叉口排队长度计算值与仿真值对照
计算值/ m 仿真值/ m 误差/ %
人民大街北进口 70. 29 73 3. 85
人民大街南进口 59. 38 50 15. 79
南湖大路东进口 53. 78 49 8. 89
南湖大路西进口 183. 28 2 00 9. 12
工农大路进口 203. 18 2 12 4. 34
南湖大路西进口 0
工农大路进口
0
车型比例/ %
大型车 中型车 小型车
7
4. 1 88. 9
7. 4
6. 5 86. 1
5. 5
8. 1 86. 4
6. 4
8. 2 85. 4
4. 6
8. 3 87. 1
有 无 停车站
无 有 无 有 有
交通量 辆/ h 1 220 1 510 9 10 9 70 8 00
第 28 卷 第 2 期 2004 年 4 月
武 汉 理 工 大 学 学 报( 交与通工科程学版) Journal of Wuhan Universit y of T echnolo gy
( T r anspo rtat ion Science & Engineer ing )
V ol. 28 N o . 2 A pr. 2003
·234·
武汉理工大学学报( 交通科学与工程版)
2004 年 第 28 卷
实测值/ s 仿真结果
延误值/ s 误 差/ %
《道路通行能力手册》 延误值/ s
公式
误 差/ %
韦伯斯特公式
延误值/ s 误 差/ %
R·阿可塞立科公式
延误值/ s 误 差/ %
表 4 延误 值比较
人民大街 人民大街 南湖大路 南湖大路 工农大 路 北进口 南进口 东进口 西进口 进口
1 V ISSIM 仿真软件的交通模型理 论基础
VISSIM 的交通模型是一种微观交通流仿真 模型. 车辆的纵向运 动采用心理-物理跟驰模 型 ( psy cho-phy sical car-fo llow ing mo del ) , 横 向 运 动 ( 车道变换) 则采用基于规则( rule-based) 的算 法[ 1] . 由德国 Wiedemann 教授提出的心理-物理车 辆跟驰模型将跟驰状态通过 6 个阈值分为 4 个区 域, 驾驶员在 4 个区域中有不同的跟车特性. 模型
图 1 工农广场交叉口交通几何简图
在工农广场的交通调查中, 将车辆分类为大 型车、中型车及小型车. 工农广场各路口现有道路 交通条件如表 1 所列. 工农广场交叉口的车流转向比例如表 2 所 列.
表 1 工农广场各路口的道路交通条件
进口名称 坡度/ %
人民大街南进口 0
人民大街北进口 0
南湖大路东进口 0
以上的信号周期, 严重影响了路网的交通运行. 实 测的工农广场交叉口交通平面几何简图如图 1 所 示.
2 V ISSIM 软件在工农广场交叉口 交通运行分析中的应用
2. 1 用 VISSIM 软件仿真工农广场交通现状 长春市工农广场是一个 5 路交叉的平面交叉
口, 交通量较大. 整个交叉口, 尤其是高峰期间交 通运行混乱, 车流不畅. 工农大路、南湖大路西进 口的车辆在通过交叉口时需排队等候两个或两个
方案二: 禁止车辆由工农大路转向人民大街 北口; 对工农大路进口与南湖大路西进口进行拓 宽, 以增加进口车道数; 对人民大街南进口与南湖 大路东进口的车道进行重新渠化, 分别增加进口 车道数以达到进口拓宽的目的; 南湖大路西出口 增设一条出口车道; 对信号配时进行优化.
方案三: 着重于解决左转弯车辆的问题. 在工 农广场上修建一个中央环岛; 在环岛上沿人民大 街修建一座双向四车道高架桥. 交叉口车流的分 配方案为: 人民大街南北双向直行的主车流从桥 上直接通达出口, 其它各个方向的车流均绕环岛 行驶.
59
54
63. 5
57
51
11 2
13 1
59
116. 4
13 5
57. 1 61. 1
54. 9 57. 5
55. 7 49. 9
58 63. 4
63 61. 1
1. 8
7. 2
10. 4
12. 0
29. 0
s
交叉口 总延误
76. 68 81. 34 57. 77 58. 8 10. 3
第 2 期